Air comprimé

Énergie
Enjeux
Air comprimé
Comment réaliser de 10 % à 60 % d’économies ?
➤ Par Jean-Christophe ERNOUX,
moyenne est envisageable par site
industriel.
DR
Plus largement, on peut constater que
faire réaliser une étude permet de réaliser
entre 10 et 60 % d’économies annuelles
dans des entreprises de toutes tailles.
L’air comprimé est une énergie potentielle très utilisée dans toutes les
entreprises : il représente en moyenne 10 à 15 % de la facture
d’électricité. Il faut retenir aussi qu’un arrêt d’air comprimé équivaut
presque systématiquement à un arrêt de production. Ce qui révèle le
rôle important mais souvent méconnu qu’il tient au sein des entreprises.
L
es principaux avantages de l’air
comprimé sont les suivants :
- une bonne sécurité d’utilisation, car les
outils et accessoires peuvent être
utilisés dans des ambiances explosives ou humides ;
- une bonne fiabilité des appareils,
car ils sont généralement
robustes, simples de conception et d’entretien ;
- une bonne maniabilité des
outils en poids et en dimensions ainsi qu’une grande
rapidité de travail ; de plus ces
équipements ne craignent pas la
surcharge.
Une économie de 20 à 30 % sur la
production d’air comprimé permet dans
l’exemple ci-dessus d’économiser en
5 ans l’équivalent de ce qui a été
dépensé pour la maintenance et
l’achat du matériel.
DR
Un compresseur dépense généralement chaque année l’équivalent
de son prix d’achat en énergie.
Quelques idées
reçues
Une forme d’énergie coûteuse
- Le rendement d’une installation complète
n’est assez souvent proche que de 10 % ;
- l’essentiel de la dépense est représenté
par la consommation d’énergie pour 50 à
90 % ;
- le coût énergétique de l’air comprimé à
7 bars peut varier de 0,25 € HT à
25 € HT/kWh et plus ;
- le prix de l’air comprimé à 7 bars peut
varier de 0,6 cts € HT à 3 cts € HT le
m3 et plus.
Centrale d’air comprimé.
➤ Un bon ratio énergétique de production permet de réduire la facture
énergétique (Wh consommés/m3 d’air
produit).
Oui, mais sous certaines conditions, car
il faut avoir connaissance de ce qu’est un
bon ratio.
Répartition
moyenne
des dépenses liées
à l’air comprimé
pour un
fonctionnement
moyen
de 6 000 heures
par an, pendant
5 ans.
DR
Certains prestataires ont une expérience
basée sur plus de 200 études déjà réalisées à ce jour en France et à l’étranger.
Leur conclusion est qu’un très fort
potentiel d’économie de 25 à 30 % en
Pour atteindre ces taux, les règles sont
simples mais ne se limitent pas à l’étude
de la centrale. Cela nécessite une connaissance et un savoir-faire pour que les
solutions proposées soient réellement
applicables.
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Énergie
De plus, ce ratio peut être exprimé
en m3 à 0 °C, 15 °C, 16 °C, 20 °C,
35 °C, en m3 ISO ou Nm3, et prendre
en compte ou non les périphériques
nécessaires au bon fonctionnement
de la centrale, ce qui peut fausser
l’appréciation.
Il est plus intéressant de prendre
en compte le ratio lié aux utilisations d’air comprimé (c’est-à-dire
Wh consommés/m3 d’air utiles aux
fabrications) qui inclut les besoins,
les fuites ainsi que les échappements
d’air comprimé que l’on constate
dans certains types de régulation.
- la distribution d’air comprimé ;
- les process/utilisations d’air
comprimé ;
➤ des prestations techniques :
- des recherches et identifications de
fuites par ultrasons (voir encadré
page ci-contre) ;
- des mesures électriques et qualité
du réseau ;
- des mesures d’air comprimé et
qualité de l’air ;
Ce modèle peut être appliqué pour
des mesures sur d’autres fluides ou
énergies (azote, vapeur, eau, froid
industriel, électricité, etc.)
➤ Le fluide air comprimé se
Les campagnes
de mesures
DR
comporte comme n’importe quel
autre fluide.
Non, c’est un fluide compressible.
Les réseaux d’air comprimé servent
principalement à transporter une
énergie emmagasinée sous forme
d’énergie potentielle (la pression).
Dans la plupart des cas, ce n’est pas
la quantité de fluide qui est importante
mais c’est l’énergie qu’il transporte,
contrairement aux autres fluides de type
“process” (sauf fluides frigorigènes/
caloporteurs et applications particulières).
La principale différence avec un fluide
tel que l’eau se situe au niveau des
moyens de stockage. Un réseau d’air
comprimé ne se conçoit donc pas tout à
fait comme n’importe quel réseau.
➤ Une fuite bruyante consomme systé-
matiquement plus qu’une fuite silencieuse.
Non, le bruit est généré par les perturbations que rencontre le fluide pendant
son écoulement. Ainsi, à niveau sonore
égal, une fuite A peut consommer 50 fois
plus qu’une fuite B.
Des prestations
sur mesure
pour les industriels
Inventaire réseau.
tiques, la réduction des coûts et l’amélioration de la qualité et de la fiabilité
des installations tout en respectant l’environnement.
Si vous souhaitez :
- connaître vos consommations d’air
comprimé et d’électricité ;
- réduire vos consommations d’énergie ;
- détecter les fuites d’air comprimé sans
perturber le fonctionnement de l’usine ;
- améliorer la disponibilité ou la qualité
de votre air comprimé ;
- redimensionner votre centrale de production d’air comprimé ;
- évaluer une négociation d’un contrat
d’externalisation de votre fourniture
d’air comprimé ;
- réduire les consommations de certains
procédés fortement consommateurs
d’air comprimé (production d’azote,
utilisations particulières d’air comprimé
à haute ou basse pression, etc.)
Il faut demander les services suivants :
Si vous êtes engagé dans une démarche
environnementale et/ou de progrès, des
sociétés de services proposent des prestations sur mesure.
Ces prestations ont pour but d’optimiser
l’efficacité de vos installations d’air
comprimé et de vous permettre ainsi
d’améliorer votre compétitivité, par
l’amélioration des performances énergé-
➤ des conseils d’orientation à propos :
- des technologies de production/configuration de la centrale ;
- des technologies de débitmètre ;
- des contrats d’externalisation, diagnostic toutes énergies ;
➤ des diagnostics et des études de faisabilité sur :
- la production d’air comprimé ;
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Les campagnes peuvent concerner
les centrales de production, tout ou
partie de la distribution et des utilisations, certaines parties du réseau
ou une machine, par exemple.
Ces mesures, réalisées pendant une
période représentative de l’activité de
l’entreprise (1 à 2 semaines en général),
permettent de connaître :
- les puissances absorbées ;
- les énergies spécifiques ;
- les débits d’air comprimé ;
- les pressions d’air comprimé ;
- les températures d’air comprimé ;
- les teneurs en humidité et la qualité de
l’air comprimé.
➤ Armoires électriques des compresseurs et des périphériques (en basse et
haute tension) : mesures en triphasé avec
analyseurs de réseau permettant d’enregistrer le facteur de puissance, les différentes puissances, la tension, l’ampérage,
les harmoniques, etc.
➤ Compresseurs : technologie, coûts de
maintenance, alimentation en air,
ambiance de la centrale, refroidissement
par air, refroidissement par tour, refoulement, âge du compresseur, filtres,
heures de marche, heures de fonctionnement, etc.
➤ Canalisations : diamètre de canali-
sation, longueurs, pertes de charge,
débits, pression, température, hygrométrie, poussières, fuites, état général,
etc.
Énergie
La chasse aux fuites d’air comprimé par ultrasons
La détection ultrasonore de défauts est devenue un véritable outil de la maintenance conditionnelle tout comme l’analyse vibratoire, l’analyse
d’huile et la thermographie infrarouge. À cet égard, elle permet aux industriels d’améliorer leur production, de réduire les coûts de maintenance
et de diminuer les consommations énergétiques.
Ces dernières années, les responsables maintenance ont le plus souvent
utilisé les détecteurs de défauts ultrasonores pour la chasse aux fuites
d’air comprimé et de gaz.
Le principe de fonctionnement de ces détecteurs
La localisation des fuites d’air
En fonctionnement, la plupart des équipements industriels génèrent un
spectre large bande couvrant aussi bien le domaine audible que celui
des ultrasons. La composante ultrasonore (haute fréquence) de ces bruits
possède une petite longueur d’onde extrêmement directionnelle. Cette
caractéristique permet aux défauts ultrasonores émis d’être facilement
localisables.
L’oreille humaine détecte les sons dans une bande de fréquence comprise
entre 20 Hz et 20 kHz. Habituellement, les hommes en vieillissant
n’entendent les sons que jusqu’à 16,5 kHz. Les longueurs d’onde audibles
se situent entre 1,9 cm et 17 m tandis que celles détectées par les
appareils à ultrasons se situent entre 0,3 et 1,6 cm. L’amplitude du signal
décroît exponentiellement depuis sa source. Par conséquent, il est très
facile pour un opérateur de localiser l’origine d’un défaut et d’analyser
sa nature sans être trop perturbé par les diffractions.
Un vortex se crée suivant un certain différentiel de pression lorsqu’un
gaz passe, à travers un orifice, d’un état de haute pression à un état de
basse pression. Cette turbulence génère des ultrasons liés aux frictions
des molécules. Parce que l’intensité du signal haute fréquence diminue
très rapidement depuis sa source, il est facile pour l’opérateur de localiser
une fuite avec un détecteur d’ultrasons (voir photo). En revanche, il est
vivement recommandé d’utiliser un appareil de détection permettant de
filtrer en partie les ultrasons parasites provenant des autres machines
en fonctionnement.
Les détecteurs de défauts ultrasonores
Certains instruments ultrasonores sont sensibles à la détection
d’émissions sonores de très haute fréquence comprises entre 20 kHz
et 100 kHz. Cette large bande de détection accroît la pertinence du
diagnostic. Les signaux sont alors transformés par hétérodynage en
fréquences audibles.
Ces appareils sont portables et dotés d’un afficheur permettant de lire
le niveau acoustique en décibels. D’autres appareils low cost amplifient
le signal à 40 kHz uniquement sur la fréquence de résonance de leur
capteur, sans pouvoir filtrer les bruits parasites générés par les autres
machines. Ce principe de l’hétérodynage est aussi appelé “modulation
d’amplitude”. On le retrouve dans les autoradios pour la réception des
grandes ondes ; en effet, l’auditeur peut écouter la voix de l’animateur
radio suivant une porteuse d’ondes radioélectrique démodulée de
plusieurs kilohertz.
Quelques éléments
de l’Ademe
Un trou de 1 mm de diamètre sous 7 bars occasionne une perte de
5 m3/ h d’air comprimé, soit une dépense annuelle moyenne de 300 € HT
(à 0,061 € du kWh).
Il est courant de trouver une entreprise sur deux comportant un taux de
fuite supérieur à 40 % de sa consommation en air comprimé et, bien
souvent, sans le savoir.
Le prix d’1 nm3 d’air comprimé pour une utilisation à 7 bars peut varier,
compte tenu des déperditions, de 0,6 centime d’euro HT (130 Wh/nm3)
à 6 centimes d’euro HT (1 000 Wh/nm3).
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L’air comprimé est l’une
des énergies les plus chères
à produire. Avec un UltraprobeTM,
l’opérateur peut détecter
rapidement les fuites sur des
installations en service.
Le responsable maintenance
pourra planifier les réparations
durant les arrêts. L’avantage
des ultrasons réside dans
la détection par l’opérateur
des fuites dans un environnement
audible très bruyant.
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Énergie
➤ Sécheur frigorifique ou de type
absorption : état général, consommation,
pertes de charges...
➤ Filtres, récupération et traitements
de condensats : dimension et caractéristiques des filtres, pertes de charge,
purges, récupération des condensats,
traitement des rejets...
Le diagnostic énergétique
Parce que maîtrise de l’énergie est
synonyme de performances, vous êtes
engagé dans une démarche environnementale, certification de type ISO 14001
par exemple, ou parce que vous désirez
améliorer les performances de votre
productivité. Le diagnostic énergétique
répond à vos attentes.
Cette prestation vous permet :
- d’optimiser au maximum vos consommations en vue de réduire vos dépenses
énergétiques ;
- d’améliorer la fiabilité de vos installations d’air comprimé ;
- d’améliorer la qualité de votre fabrication.
L’objectif : améliorer les performances
de vos installations.
Les différentes interventions se traduisent en moyenne par une diminution de
20 à 25 % de la consommation énergétique de l’air comprimé de nos clients.
Un prestataire indépendant de tout
fournisseur d’énergie ou de matériel n’a
donc qu’un seul objectif : servir et
défendre vos intérêts.
Des prestations
sur mesure
Parce que vous avez des attentes et des
besoins qui vous sont propres… Cellesci comprennent généralement :
- la visite et l’analyse de vos installations
par des spécialistes ;
- une campagne de mesure de vos installations air comprimé ;
- une campagne de recherche de fuites
par ultrasons (voir encadré p. 13) ;
- l’exploitation des résultats des visites,
analyses et mesures ;
- l’étude des installations de production,
de distribution et d’utilisation ;
- les propositions d’amélioration de vos
installations d’air comprimé.
Études et maîtrise d’œuvre
Les missions de maîtrise d’œuvre regroupent toutes les phases de la réalisation de
vos projets dans les domaines suivants,
de l’assistance à l’ingénierie
- l’avant-projet, le projet ;
- le cahier des charges ;
- l’examen des soumissions et adjudications ;
- la réception commune des fournisseurs ;
- l’examen technico-financier des propositions ;
- l’évaluation des prix du marché ;
- l’évaluation des possibilités de financement ;
- la mise en perspective des investissements, des coûts de maintenance ;
- la mise en perspective des futures
dépenses d’énergie ;
- les conseils d’orientation ;
- l’aide à la pérennisation de l’optimisation acquise ;
- le suivi de l’évolution des coûts liés à
l’usage d’air comprimé ;
- le suivi de l’évolution des consommations d’air comprimé et d’énergie ;
- le suivi de la performance énergétique
des installations ;
- la mise en place d’une gestion
technique centralisée.
L’externalisation :
un atout si…
- l’évolution des gains ;
- l’identification des axes de progrès.
Formation
Il ne faut pas l’oublier ! Les formations
sur le thème de la maîtrise du fluide air
comprimé s’adressent à des industriels
ou des fournisseurs d’énergie souhaitant
intégrer la maîtrise de l’énergie dans leur
stratégie :
- responsables ou techniciens de maintenance ;
- responsables ou techniciens de bureaux
d’étude ou de service technique ;
- chargés d’études et ingénieurs d’affaires ;
Les différents sujets traités dans la formation sont, par exemple :
- enjeux de la maîtrise de l’énergie et
de l’environnement ;
- mécanique des fluides et bases utiles
à l’air comprimé ;
- acoustique industrielle ;
- outillage pneumatique ;
- distribution d’air comprimé ;
- compresseur à pistons, à vis, compresseurs centrifuges, compresseurs à
vitesse variable ;
- contraintes et avantages des différentes
technologies ;
- traitement de l’air ;
- exploitation de l’air comprimé ;
- bilans énergétiques, etc.
Conclusion
Vous désirez vous recentrer sur votre
cœur de métier et laisser la prise en
charge de vos installations air comprimé
à un prestataire extérieur. Il faut se faire
accompagner afin que cette externalisation vous soit la plus favorable.
Un prestataire indépendant permettra de
connaître vos besoins réels en air
comprimé. Il est toujours intéressant de
connaître sa consommation avant d’en
confier la gestion à une société extérieure. Vous disposerez alors de tous les
éléments nécessaires à une définition
précise de vos besoins.
Nous conseillons lors de la réalisation du
contrat, et notamment sur les clauses
d’intéressement aux économies d’énergie, de valider :
- la définition des indicateurs ;
- l’évolution de vos consommations ;
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L’optimisation de la gestion de la
consommation d’air comprimé est un
enjeu stratégique pour les industriels. À
cet égard, le conseil d’un prestataire de
services indépendant et la chasse aux
fuites sont les facteurs clés de la réussite
de diminution de la facture énergétique.
Pour en savoir plus
www.dbvib.com
[email protected]
www.ademe.fr